JP6799824B2 - 液体処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、液体を電気化学的に処理する液体処理装置に関する。より詳細には、本発明は、液体中でプラズマを発生させ、液体に含まれる汚濁物質又は菌がプラズマに直接触れることによる分解及び殺菌作用と、プラズマ放電により発生する紫外線及びラジカルなどによる分解及び殺菌作用を同時に起こして、液体を処理する液体処理装置に関する。
図１４に、特許文献１に記載に記載されている従来の液体処理装置の例を示す。液体処理装置１００は、装置本体１１０、液体供給部１５０、配管１５１、貯留槽１９０、および電源１６０を備えている。装置本体１１０は、処理槽１１２、導入部１１５、排出部１１７、第１電極１３０、および第２電極１３１を備えている。
図１５は、この液体処理装置が動作している状態を示す図である。処理槽１１２は円筒状になっており、円筒の接線方向に設けられた導入部１１５から、液体Ｌ１を導入することで、旋回流Ｆ１を発生させる。旋回流Ｆ１によって処理槽１１２の中心軸Ｘ１の近傍の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、中心軸Ｘ１付近において液体Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇが生成される。第１電極１３０、および第２電極１３１の間に高電圧を印加することで、気相Ｇにプラズマ放電を発生させる。この時、プラズマが直接触れることで、液体中に含まれる汚濁物質等が分解処理される。同時に、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）や過酸化水素等の酸化力を持つ成分が生成され、それらの成分が液体中に含まれる汚濁物質等と反応することでも分解処理が進展する。水中にプラズマが発生することにより生成されるラジカルの中でも、特にＯＨラジカルは高い酸化力を有することが知られており、液体中に溶解している難分解性有機化合物を分解処理することが可能である。さらに、排出部１１７付近の酸化成分を含んだ気相Ｇは、貯留槽１９０内の水の抵抗を受ける事でせん断され、酸化成分を含有した気泡Ｂを生じる。処理液Ｌ２には、ＯＨラジカルや過酸化水素などの酸化成分だけでなく、気泡Ｂも含まれるため、より効率的に液体中に含まれる汚濁物質等を分解することが可能である。
しかしながら、特許文献１に記載の液体処理装置では、気相Ｇと第２電極１３１とが水を介して電気的に接続される構成になっているために、第１電極１３０と第２電極１３１との間に高電圧を印加した際に、電流の流れる経路が２つ存在することになる。１つは、第１電極１３０から気相Ｇに発生したプラズマを通る電流経路ｒ１を通ったのちに、排出部１１７付近から液体Ｌ１を通る電流経路ｒ２を通って第２電極１３１に流れる電流経路である。もう１つは、第１電極１３０から液体Ｌ１を通って、直接、第２電極１３１に流れる電流経路ｒ３である。液体Ｌ１の電気伝導度が高い場合には、プラズマを発生させたときに、プラズマを通らずに液体Ｌ１だけを流れる電流経路ｒ３を流れる漏れ電流が大きくなってしまう。漏れ電流が大きくなると、第１電極１３０と液体Ｌ１とが接触している部分で発生する電気分解が激しく起こり、電気分解による第１電極１３０の電極磨耗が著しく進展してしまう。電極磨耗により第１電極１３０の先端部が歪に磨耗してしまうと、液体Ｌ１の旋回流によって形成される気相Ｇに乱れが発生する。さらに、第１電極１３０が短くなってしまうことにより放電距離が変わってしまう問題も発生し、プラズマ放電を長時間安定して発生することができなくなる課題が発生する。
本発明は、このような点に鑑み、プラズマを通らずに液体だけを流れる漏れ電流を抑えることによって、第１電極と液体とが接触している部分で発生する電気分解による電極磨耗を抑制することで、プラズマを長時間安定して発生させることができる液体処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる液体処理装置は、片方の端部が閉口した断面形状が円形である筒状の処理槽と、
前記処理槽の中心軸上の一端側の壁部に配置されかつ形状が棒状である第１電極と、
前記第１電極の前記処理槽の前記一端側の壁から前記処理槽内へ突出して配置される部分の側面を被覆する絶縁体と、
前記処理槽の他端側に配置される板状の第２電極と、
前記処理槽の前記中心軸を中心として、前記第２電極に配置された開口部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
前記処理槽の接線方向から液体を導入することにより前記液体を旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口とを備え、
前記絶縁体の外径が、前記処理槽内で前記気相が発生する気相発生空間の外径より小さく構成している。
前記処理槽の中心軸上の一端側の壁部に配置されかつ形状が棒状である第１電極と、
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前記処理槽の接線方向から液体を導入することにより前記液体を旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口とを備え、
前記絶縁体の外径が、前記処理槽内で前記気相が発生する気相発生空間の外径より小さく構成している。
本発明の前記態様にかかる液体処理装置によれば、第１電極の処理槽の一端側の壁から処理槽内へ突出して配置される部分の側面を被覆する絶縁体の外径が、処理槽内で気相が発生する気相発生空間の外径より小さく構成している。このように構成することにより、プラズマを通らずに液体だけを流れる漏れ電流が少ないために、第１電極と液体が接触している部分で発生する電気分解による電極磨耗を抑制することができ、電極磨耗を少なくすることができる。そのため、長時間設備を稼働させた場合にも、プラズマが安定しかつ効率良く液体を処理することができる。
［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る液体処理装置１を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る液体処理装置１を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
［全体構成］
まず、液体処理装置１の全体構成について説明する。
まず、液体処理装置１の全体構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態１にかかる液体処理装置１の構成を示す側面断面図である。以下の図では、矢印Ｆは液体処理装置１の前方向を示し、矢印Ｂは後方向を示す。矢印Ｕは上方向を示し、矢印Ｄは下方向を示す。矢印Ｒは後方向から見て右方向、矢印Ｌは後方向から見て左方向を示す。
図１に示す液体処理装置１は、貯留槽９０に接続されている状態を示している。液体処理装置１と貯留槽９０とを合わせて、液体処理システムとすることもできる。液体処理装置１は、液体中で放電することによって液体を処理する。本実施形態１では、汚濁物質が溶解した水溶液を処理する場合について説明する。貯留槽９０には、液体処理装置１で処理された処理液Ｌ２が貯溜される。
液体処理装置１は、少なくとも、処理槽１２と、第１電極３０と、絶縁体５３と、第２電極３１と、電源６０とを備えている。より具体的には、液体処理装置１は、装置本体１０と、液体供給部５０と、電源６０とを備えている。装置本体１０は、処理槽１２、液体導入口の一例として機能する導入部１５、排出部１７、絶縁体５３で被覆された第１電極３０、及び第２電極３１を備えている。処理槽１２は、内部に導入された液体（例えば、水）Ｌ１を処理している部分である。処理槽１２の正面断面形状は円形である（図３参照）。処理槽１２は、処理槽１２の液体Ｌ１の旋回軸（言い換えれば、中心軸）Ｘ１に直交する断面形状が円形である円柱状の処理室を有している。処理槽１２の一端側には導入部１５が配置され、処理槽１２の他端側には排出部１７が配置されている。導入部１５は、処理槽１２に液体を導入する。導入部１５は、配管５１を介して液体供給部５０に連通している。排出部１７は、処理槽１２で処理された処理液Ｌ２を処理槽１２から排出させる。排出部１７は、貯留槽９０の取り入れ口９１に接続されており、排出部１７から排出された処理液Ｌ２は、取り入れ口９１を介して貯留槽９０に排出されて貯溜される。処理槽１２の材質は絶縁体でもよいし、導体でもよい。導体の場合には、第１電極３０との間及び第２電極３１との間にそれぞれ絶縁体を介在する必要がある。
第１電極３０は、棒状である。第１電極３０は、処理槽１２から外部に露出した部分以外の部分が絶縁体５３で被覆されている。実施形態１では、第１電極３０は、少なくとも電極支持筒２４から処理槽内へ突き出る部分でかつ電極支持筒２４の近傍の部分の側面が、絶縁体５３で被覆されていればよい。すなわち、第１電極３０の処理槽１２の一端側の壁２２から処理槽１２内へ突出して配置される部分の側面を絶縁体５３で被覆すればよい。一例として、図１のように、電極支持筒２４で第１電極３０が支持される部分の全体と、電極支持筒２４から処理槽内へ突き出る部分とを絶縁体５３で被覆すれば、製造しやすいものとなる。この第１電極３０は、その内端が処理槽１２の内部に配置されている。第１電極３０は、処理槽１２の排出部１７が形成された壁面と対向する壁面側に配置されている。ここで、絶縁体５３と第１電極３０とが電極支持筒２４から処理槽内へ突き出る長さは、少なくとも０．５ｍｍあればよい。それは、以下の理由による。絶縁体５３が電極支持筒２４から処理槽内へ突き出るとき、後述する図４での気相Ｇの左端部には、わずかながら乱れが発生する。この乱れの幅は０．５ｍｍである。そのため、絶縁体５３が気相Ｇで十分に覆われるには、少なくとも０．５ｍｍは必要となる。よって、突き出る長さは、少なくとも０．５ｍｍとする。
第２電極３１は、排出部１７の近傍に配置されている。第１電極３０は電源６０が接続されており、第２電極３１は接地されている。一例として、図１では、第２電極３１は、処理槽１２の排出部１７が形成された壁面の外側、具体的には、貯留槽９０の処理槽１２に隣接する壁面に固定されている。
第１電極３０および第２電極３１には、電源６０により高電圧のパルス電圧が印加される。
液体供給部５０は、一例として、処理槽１２内に液体（例えば、水）Ｌ１を供給するポンプである。液体供給部５０は、配管５１に接続されている。配管５１の一端は導入部１５に接続されており、配管５１の他端は、図示しない液体供給源（例えば、水タンク又は水道）に接続される。又は、配管５１の他端は、貯留槽９０に接続されて、貯留槽９０の、液体処理装置１からの処理液Ｌ２を含んだ貯留水すなわち被処理液Ｌ３を循環できる形に接続されている（図１の一点鎖線の循環用配管８１などを参照）。
電源６０は、第１電極３０と第２電極３１との間に数ｋＶの正もしくは負の高電圧のパルス電圧を印加する。電源６０は、正のパルス電圧と負のパルス電圧とを交互に印加する、いわゆるバイポーラパルス電圧を印加することもできる。
［装置本体］
次に、装置本体１０について詳細に説明する。図２は、装置本体１０の側面断面図を示す図である。
次に、装置本体１０について詳細に説明する。図２は、装置本体１０の側面断面図を示す図である。
処理槽１２は、第１内壁２１、第２内壁２２、及び第３内壁２３を有している。第１内壁２１は、筒状の壁部である。第２内壁２２は、第１内壁２１の第１端部例えば図２の左端部に設けられている。第３内壁２３は、第１内壁２１の第２端部例えば図２の右端部に設けられている。第２内壁２２及び第３内壁２３は、側面視では略円形である。第１内壁２１、第２内壁２２、及び第３内壁２３により、処理槽１２の内部には、略円柱状の収容空間８３が構成されている。第１内壁２１の中心軸、つまり、処理槽１２の内部に構成される略円柱状の収容空間８３の仮想の中心軸を中心軸Ｘ１とする。
第２内壁２２には、中央に内向きに突出した電極支持筒２４が設けられている。電極支持筒２４は、筒状であり、第３内壁２３側すなわち図２の右方に延びている。電極支持筒２４は、その中心軸が中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。電極支持筒２４の内側には、絶縁体５３を介して第１電極３０が支持されている。第１電極３０は棒状であり、絶縁体５３は第１電極３０の周囲に筒状に配置されている。このため、第１電極３０は、長手方向の軸が中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。第１電極及び絶縁体５３のそれぞれの内側端部は、電極支持筒２４より第３内壁２３側すなわち図２の右方に突き出るように配置されている。絶縁体５３の例としては、ゴムなどの樹脂系材料のほか、エナメル等を使用することができ、電極表面を加工して絶縁体を電極表面に形成するようにしてもよい。また、処理槽１２に対して第１電極３０が絶縁体５３で支持できれば、電極支持筒２４を省略することもできる。
導入部１５は、装置本体１０を貫通しており、一方の開口端１６が第１内壁２１に形成されている。導入部１５は、側面視では、第２内壁２２に隣接した位置に配置されている。また、図３は、図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線における断面図である。導入部１５は、第１内壁２１の壁面に配置されている。
排出部１７は、第３内壁２３の例えば中央部を貫通している。排出部１７は、その中心軸が中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。
第２電極３１は、板状の金属部材であり、中央部に貫通した開口部３１１が形成されている。開口部３１１は円形であり、その中心が中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。
［動作］
次に、液体処理装置１の動作について説明する。
次に、液体処理装置１の動作について説明する。
以下では、説明の便宜上、処理槽１２の内部に気相Ｇを発生させる状態（図４）と、電源６０から気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる状態（図５）を分けて説明する。図４は、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加していない状態を示す側面断面図である。
まず、図４に示すように、導入部１５から処理槽１２に液体（例えば、水）Ｌ１が所定の圧力、すなわち、ポンプの供給圧力又はポンプ無しで水道水などの場合は水道水の供給圧力で導入されると、液体Ｌ１は第１内壁２１に沿って旋回流Ｆ１を発生させながら導入部１５から図４の右方に向けて移動する。旋回しながら図４の右方に移動した旋回流Ｆ１は、排出部１７に向けて移動する。
旋回流Ｆ１により、中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、液体Ｌ１の一部が気化して気相Ｇが、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近に生成される。
ここで絶縁体５３の外径Ｄ１は、気相Ｇの外径Ｄ２、言い換えれば、仮想の気相発生空間９９（図２参照）の外径Ｄ２より小さく構成する必要がある。そのように構成すれば、気相Ｇは、絶縁体５３を包むようにして、電極支持筒２４の右端部３０２から中心軸Ｘ１に沿って、第２電極３１まで発生することができる。ここで、気相発生空間９９とは、処理槽１２内で気相Ｇが発生する予定の円柱状の空間である。この気相発生空間９９の大きさ（すなわち外径）は、第１電極３０の電極支持筒２４から処理槽１２内への突出量、処理槽１２内の収容空間８３の大きさ、導入部１５の開口の大きさ、液体Ｌ１の供給圧力に依存する。一例として、第１電極３０の電極支持筒２４から処理槽１２内への突出量は０．５ｍｍ、第１電極３０の右端部３０１から第２電極３１までの距離は１５ｍｍ、処理槽１２内の収容空間８３の大きさとしては、直径は２０ｍｍ、軸方向長さは２０ｍｍ、導入部１５の開口の大きさは５ｍｍ、液体Ｌ１例えば水の供給圧力は０．４〜０．５ＭＰａ、水量は３．５〜４．０Ｌ／ｍｉｎ程度である。
気相Ｇは、旋回中心付近、具体的には、中心軸Ｘ１と一致して図４の排出部１７近傍で貯留槽９０内の処理液Ｌ２の抵抗を受ける事で、マイクロバブル又はウルトラファインバブル（ナノバブル）にせん断され、排出部１７から、排出部１７に接続された取り入れ口９１を介して貯留槽９０に拡散される。
図５は、図４の状態に続いて処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、電源６０からパルス電圧を第１電極３０と第２電極３１との間に印加した状態を示す側面断面図である。図５に示すように、液体Ｌ１が気化した気相Ｇが第１電極３０から第２電極３１の付近まで発生している状態で、電源６０により、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。第１電極３０と第２電極３１とに高電圧のパルス電圧が印加されると、気相Ｇ内において、第１電極３０の右端部３０１から第２電極３１までプラズマＰが発生し、ラジカル（ＯＨラジカル等）又はイオンを生成する。そのラジカル又はイオンは、気相Ｇから旋回流Ｆ１側へ溶解することで、液体Ｌ１中に溶解している汚濁物質を分解処理する。加えて、排出部１７付近の気相Ｇ内のプラズマＰは、貯留槽９０内の処理液Ｌ２の抵抗を受ける事でＯＨラジカル等を含有した大量の気泡Ｂを生じる。この様に、プラズマＰにより発生したＯＨラジカル等により処理され、ＯＨラジカル等を含有した気泡Ｂを含んだ状態の処理液Ｌ２が、排出部１７から貯留槽９０に向けて排出される。つまり、プラズマＰによって生成されたＯＨラジカル等は、直接もしくは気泡Ｂ内から貯留槽９０内の処理液Ｌ２に溶解する。そして、一定時間が経過すると、貯留槽９０内の処理液Ｌ２は、比較的安定な過酸化水素に変質する。なお、高電圧のパルス電圧の印加によって生成したプラズマＰは、電圧の印加を停止すると消失する。
なお、プラズマ放電が発生する際には、同時に紫外線が発生する。発生した紫外線が汚濁物質又は菌に照射されると、分解及び殺菌作用を発揮することができる。また、処理液中に発生した過酸化水素水に紫外線が照射されることで、前記したようにＯＨラジカル等が発生し、これによっても分解及び殺菌作用が発揮される。
次に、本発明の実施形態に係る液体処理装置１における電極磨耗抑制の効果を、放電時の電流経路とプラズマ発生形態とを用いて説明する。
図６Ａに、従来の液体処理装置で、電極支持筒１２４の右端と絶縁体１５３の右端と第１電極１３０の右端との位置が一致している場合の放電時における電流経路とプラズマＰの様子とを示す。図６Ａの（ａ）は、電極１３０の外径がプラズマＰの外径よりも大きい場合を、図６Ａの（ｂ）は、電極１３０の外径がプラズマＰの外径より小さい場合を示している。図６Ａの（ａ）において、プラズマＰは、詳細には第１電極１３０の右端部に点で接しており、そこから円錐状に広がり、第２電極１３１付近まで形成される。そのため、放電時の電流経路としては、第１電極１３０から、プラズマＰを通って第２電極１３１付近まで流れる経路ｒ１を通り、プラズマＰから第２電極１３１に流れるｒ２と、第１電極１３０から、液体を通ってプラズマＰを通ることなく第２電極１３１に流れる経路ｒ３が存在する。これは、図６Ａの（ｂ）に示すように、電極１３０の外径がプラズマＰの外径より小さい場合でも同様であり、プラズマＰを通ることなく液体を通って第２電極１３１に流れる経路ｒ３が必ず存在する。第１電極１３０と第２電極１３１とに電圧が印加されると、経路ｒ３によって電気分解が発生してしまう。なお、参照符号１５３は第１電極１３０と処理槽１１２との間の絶縁体である。参照符号１１７は排出部である。
図６Ｂは、図６Ａの点線部を拡大した図であり、図６Ａの装置で液体処理を行った場合の電極磨耗の様子を示している。図６Ｂの（ａ）と図６Ｂの（ｂ）とのどちらの場合も、電気分解による磨耗Ｗ１とプラズマ放電による磨耗Ｗ２とが発生する。電気分解による磨耗Ｗ１は、電界が集中する第１電極１３０の右端部外周付近で顕著に発生し、電圧の印加条件によっては、磨耗Ｗ２よりも磨耗量が大きくなることが分かっている。
図７Ａに、従来の液体処理装置で、電極支持筒１２４の右端から第１電極１３０が内向きに飛び出している場合の放電時における電流経路とプラズマＰの様子を示す。すなわち、図７Ａは、電極支持筒１２４の右端と絶縁体１５３の右端との位置は一致しているが、これらの位置よりも第１電極１３０の右端の位置が突出している場合である。図７Ａの（ａ）の電極１３０の外径がプラズマＰの外径よりも大きい場合は、電極支持筒１２４から飛び出した第１電極１３０の大部分が液体と接触している。
また、図７Ａの（ｂ）の電極１３０の外径がプラズマＰの外径よりも小さい場合は、第１電極１３０がプラズマＰによって覆われるが、電極支持筒１２４の右端部のプラズマＰの外径が小さくなっている部分で、第１電極１３０が液体に接触してしまう。よって、どちらの場合も第１電極１３０から、液体を通ってプラズマＰを通ることなく第２電極１３１に流れる経路ｒ３が存在する。図７Ｂは、図７Ａの点線部を拡大した図であり、図７Ａの装置で液体処理を行った場合の電極１３０の磨耗の様子を示す。図７Ｂの（ａ）、図７Ｂの（ｂ）のどちらの場合も、電気分解による磨耗Ｗ１とプラズマ放電による磨耗Ｗ２とが発生する。図７Ｂの（ｂ）では、第１電極１３０がプラズマＰによって覆われるので、プラズマ放電による磨耗Ｗ２が第１電極１３０の露出部全面で発生するが、プラズマ放電による電流が第１電極１３０の露出部全面で平均化される。これにより、電流が第１電極１３０の一か所に集中することによる第１電極３０の局所的な温度上昇も抑制されて、温度上昇が平均化されるため、磨耗量としては、図６Ｂの（ｂ）よりも少なくなる。
図８Ａに、本実施形態の液体処理装置１の放電時における電流経路とプラズマＰの様子とを示す。すなわち、図８Ａは、絶縁体５３の右端と第１電極３０の右端との位置が一致し、これらの位置は、電極支持筒２４の右端の位置よりも内側すなわち第３内壁２３側に突出している場合である。図８Ａでは、処理槽１２内に電極支持筒２４から突出して露出されかつ絶縁体５３で被覆された第１電極３０の処理槽１２内への突出部分が、気相Ｇによって覆われている。絶縁体５３の右端部が電極支持筒２４の右端部から内側すなわち第３内壁２３側に突き出ているために、電極支持筒２４の右端部の気相Ｇが細くなっている箇所においても、第１電極３０に対して絶縁が保たれる構造になっている。プラズマＰは、図８Ａでは第１電極３０の右端部より右側に発生する。第１電極３０が液体Ｌ１に接触する箇所はないため、液体Ｌ１を通って第２電極３１に流れる経路が存在せず、電気分解による電極磨耗を抑制することが可能である。図８Ｂに示すように、プラズマ放電による電極磨耗Ｗ２しか発生しないため、従来の液体処理装置と比較して電極磨耗を抑制することができる。つまり、長時間設備を稼働させた場合にも、プラズマＰが安定して効率良く液体Ｌ１を処理することができる。
本実施形態１では、絶縁体５３の外径Ｄ１が気相Ｇの外径Ｄ２よりも小さくなっていることが重要である。気相Ｇの太さすなわち外径Ｄ２は、第２電極３１の中央部に設けられた開口部３１１の大きさすなわち直径Ｄ３に依存している。図９に、開口部３１１の直径Ｄ３を変化させた場合の、気相Ｇの太さすなわち外径Ｄ２を示す。開口部３１１の直径Ｄ３に対しての気相Ｇの外径Ｄ２の比率は、３０％〜３３％になっており、開口部３１１の外径Ｄ３の大よそ３割程度の外径Ｄ２になることが分かる。絶縁体５３の外径Ｄ１は、気相Ｇの外径Ｄ２よりも小さく構成する必要があり、絶縁体５３の外径Ｄ１が小さければ小さいほど、絶縁性が向上することが分かっている。気相Ｇの外径Ｄ２より、少なくとも０．１ｍｍ細くなっていれば、絶縁性が良化することが確認できている。一方で、絶縁体５３の外径Ｄ１が細すぎると、絶縁体５３の剛性が弱くなり、絶縁体５３を中心軸Ｘ１沿いに固定できなくなる。中心軸Ｘ１沿いに絶縁体５３を固定するには、直径Ｄ１として０．１ｍｍ以上は必要である。よって、絶縁体５３の外径Ｄ１としては、０．１ｍｍ以上かつ開口部３１１の直径Ｄ３に対して、０％より大きくかつ３０％以下が好ましい。
以上、説明した本実施形態１によれば、第１電極３０の側面を絶縁体５３で被覆し、かつ、絶縁体５３の外径Ｄ１が気相Ｇの外径Ｄ２より小さく構成している。このように構成することにより、第１電極３０から第２電極３１に向けてプラズマＰを通らずに液体Ｌ１だけを流れる漏れ電流を抑えることができ、電気分解による第１電極３０の電極磨耗を抑制することができ、プラズマＰを長時間安定して発生させることができる。
なお、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、片方の端部が、閉口した断面形状が円形である筒状の処理槽であれば様々な形状をとることが可能である。例えば、図１０に示すように、半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽１３、及び、図１１に示す円錐形状の処理槽１４であっても、実施形態１と同様の効果が得られる。
［実施形態２］
本実施形態１では、第１電極３０の右端部は、絶縁体５３の右端部と一致している。しかし、第１電極３０を絶縁体５３の右端部より右方向に突き出すことによって、第１電極３０の磨耗をより少なくすることが可能である。
本実施形態１では、第１電極３０の右端部は、絶縁体５３の右端部と一致している。しかし、第１電極３０を絶縁体５３の右端部より右方向に突き出すことによって、第１電極３０の磨耗をより少なくすることが可能である。
図１２は、本発明の実施形態２の装置構成を示している。実施形態１に対して、第１電極３０の内端部が絶縁体５３の右端部から右方向に突き出ていることが、違いである。図１３Ａに、本発明の実施形態２の放電時における電流経路とプラズマＰの様子とを示す。第１電極３０の内端部がプラズマＰによって覆われるので、プラズマ放電が第１電極３０の内端部である露出部３０ｇの全面で発生するようになる。図１３Ｂは、図１３Ａの点線部を拡大した図であり、図１３Ａの装置で液体処理を行った場合の電極磨耗の様子を示している。プラズマ放電が第１電極３０の露出部３０ｇの全面で発生するため、電流が第１電極３０の露出部３０ｇの全面に平均化されて、電流が第１電極３０の一か所に集中することによって第１電極３０の一部の温度が局所的に上昇することがなく、温度上昇が平均化されるため、プラズマ放電による磨耗Ｗ２が第１電極３０の露出部３０ｇの全面で発生するようになり、より磨耗量が少なくなる。
第１電極３０の内端部が絶縁体５３の右端部から右方向に突き出ている突出し量は、多ければ多いほど、摩耗予防効果は大きい。露出部３０ｇの最大値は、排出部１７の手前０．５ｍｍまでの位置である。突出し量の最小値は０．５ｍｍである。これは、絶縁体５３の突き出る長さと同じ理由による。すなわち、内端部が絶縁体５３から処理槽内へ突き出るとき、図１３Ａでの気相Ｇの左端部には、わずかながら乱れが発生する。この乱れの幅は０．５ｍｍである。そのため、内端部の突出し部分が気相Ｇで十分に覆われるには、少なくとも０．５ｍｍは必要となる。よって、突出し量は、少なくとも０．５ｍｍとする。
以上、説明した本実施形態２によれば、プラズマ放電が第１電極３０の露出部３０ｇの全面で発生するため、第１電極３０の磨耗量がより少なくなるので、プラズマＰを長時間安定して発生させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。具体的には、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本発明の前記態様にかかる液体処理装置は、液体中でプラズマを発生させることにより、液体に含まれる汚濁物質又は菌がプラズマに直接触れることによる分解及び殺菌作用と、プラズマ放電により発生する紫外線及びラジカルなどによる分解及び殺菌作用を同時に起こして、液体を処理することが可能であり、殺菌、脱臭、又は各種の環境改善等に利用することが可能である。
１ 液体処理装置
１０ 装置本体
１２ 処理槽
１３ 処理槽
１４ 処理槽
１５ 導入部
１６ 開口端
１７ 排出部
２１ 第１内壁
２２ 第２内壁
２３ 第３内壁
２４ 電極支持筒
３０ 第１電極
３０ｇ 露出部
３１ 第２電極
５０ 液体供給部
５１ 配管
５３ 絶縁体
６０ 電源
９０ 貯留槽
９１ 取り入れ口
９９ 気相発生空間
３０１ 第１電極の右端部
３０２ 電極支持筒の右端部
３１１ 開口部
Ｌ１ 液体
Ｌ２ 処理液
Ｂ 気泡
Ｄ１ 絶縁体の外径
Ｄ２ 気相の外径
Ｄ３ 開口部の直径
Ｇ 気相
Ｐ プラズマ
１００ 液体処理装置
１１０ 装置本体
１１２ 処理槽
１１５ 導入部
１１７ 排出部
１３０ 第１電極
１３１ 第２電極
１５０ 液体供給部
１５１ 配管
１６０ 電源
１９０ 貯留槽
１０ 装置本体
１２ 処理槽
１３ 処理槽
１４ 処理槽
１５ 導入部
１６ 開口端
１７ 排出部
２１ 第１内壁
２２ 第２内壁
２３ 第３内壁
２４ 電極支持筒
３０ 第１電極
３０ｇ 露出部
３１ 第２電極
５０ 液体供給部
５１ 配管
５３ 絶縁体
６０ 電源
９０ 貯留槽
９１ 取り入れ口
９９ 気相発生空間
３０１ 第１電極の右端部
３０２ 電極支持筒の右端部
３１１ 開口部
Ｌ１ 液体
Ｌ２ 処理液
Ｂ 気泡
Ｄ１ 絶縁体の外径
Ｄ２ 気相の外径
Ｄ３ 開口部の直径
Ｇ 気相
Ｐ プラズマ
１００ 液体処理装置
１１０ 装置本体
１１２ 処理槽
１１５ 導入部
１１７ 排出部
１３０ 第１電極
１３１ 第２電極
１５０ 液体供給部
１５１ 配管
１６０ 電源
１９０ 貯留槽
Claims (4)
- 片方の端部が閉口した断面形状が円形である筒状の処理槽と、
前記処理槽の中心軸上の一端側の壁部に配置されかつ形状が棒状である第１電極と、
前記第１電極の前記処理槽の前記一端側の壁から前記処理槽内へ突出して配置される部分の側面を被覆する絶縁体と、
前記処理槽の他端側に配置される板状の第２電極と、
前記処理槽の前記中心軸を中心として、前記第２電極に配置された開口部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
前記処理槽の接線方向から液体を導入することにより前記液体を旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口とを備え、
前記絶縁体の外径が、前記処理槽内で前記気相が発生する気相発生空間の外径より小さく構成している液体処理装置。 - 前記第１電極が、前記絶縁体から前記処理槽内に突き出た露出部を備える、
請求項１に記載の液体処理装置。 - 前記絶縁体の前記外径が、０．１ｍｍ以上かつ前記開口部の直径の０％より大きくかつ３０％以下である、
請求項１または２に記載の液体処理装置。 - 前記処理槽の前記一端側の壁から前記処理槽内へ突出して配置される前記第１電極を支持する電極支持筒をさらに備え、
前記電極支持筒で支持された前記第１電極において、前記電極支持筒から突き出た前記第１電極の、前記電極支持筒の近傍の部分の側面を前記絶縁体で被覆する、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体処理装置。
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